МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (МИИТ)»
(РУТ (МИИТ)
Одобрено кафедрой
«ТЯГОВЫЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ»
Протокол № от 201 г.
Автор:
ЗАДАНИЕ НА ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ С МЕТОДИЧЕСКИМИ
УКАЗАНИЯМИ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Теория систем автоматического управления
Уровень ВО: Специалитет
Форма обучения: Заочная
Курс: 6
Специальность/Направление: 23.05.03 Подвижной состав железных дорог
(ПСс)
Специализация/Профиль/Магистерская программа: Все специализации
Москва
Составитель: к.т.н., доц. С.И.Баташов,
Лабораторная работа № 1
1. Цель работы.
1.1. Ознакомиться с принципом действия систем автоматического управле-
ния (САУ) разомкнутого и замкнутого типа.
2. Основные теоретические сведения.
Автоматическое управление представляет совокупность воздействий, на-
правленных на осуществление функционирования объекта управления в соот-
ветствии с имеющейся программой, и осуществляется
с помощью автоматических управляющих устройств.
Последние выполняют функции управления без вмешательства человека.
Совокупность автоматического управляющего устройства и
управляемого объекта, взаимодействующих между собой, образует САУ.
Основными видами автоматического управления являются:
- автоматическое управление с разомкнутой цепью воздействий
(жесткое управление);
- автоматическое регулирование;
- автоматическая настройка.
Два последних вида управления характеризуются наличием замкнутых це-
пей воздействий. Системы, соответствующие этим видам управления, называ-
ются замкнутыми в отличие от систем, соответствующих первому виду управ-
ления, называемых разомкнутыми.
Автоматическое управление с разомкнутой цепью воздействий
характеризуется функциями управления, которые не ставятся в зависимость от
действительного хода производственного процесса и выполняются по разомк-
нутому циклу с целью получения определенного
конечного результата (рис. 1.).
Рис. 1.
Жесткое задание через управляющее устройство (УУ) и усилитель (У) воз-
действует на объект управления (О), на выходе которого устанавливается вели-
чина, соответствующая этому заданию. Из-за отсутствия автоматического кор-
ректирования действительного хода процесса, при отклонении его от заданно-
го, точность выполнения заданного режима работы электропривода и механиз-
ма, при данном виде управления, относительно мала. Системы автоматического
управления
с разомкнутой цепью воздействий применяются для обеспечения последова-
тельности работы различных элементов автоматических устройств, для управ-
ления пуском и торможением двигателей. Примером данного вида управления
может служить пуск двигателя с целью достижения им наперед заданной ско-
рости вращения.
Для автоматического поддержания заданного режима работы двигателя при
возмущающих воздействиях на него применяются системы
автоматического регулирования (САР).
САР характеризуется тем, что значение требуемых показателей
какого-либо процесса поддерживается за счет подачи на управляющее устрой-
ство сигналов, определяемых действительным ходом этого процесса. Такая по-
дача сигналов осуществляется при помощи средств обратной связи (ОС). Глав-
ным назначением ОС является передача ин-
формации о действительном показателе хода процесса для формирования
управляющего воздействия, направленного на поддержание заданного режима
объекта регулирования (ОР). Под ОР понимается устройство, в котором под-
держивается значение требуемых показателей какого-либо процесса посредст-
вом регулятора (Р). Совокупность ОР и Р представляет САР (рис. 2).
С
Рис. 2.
Рассматриваемая система характеризуется наличием замкнутой
цепи воздействий, которая и обеспечивает автоматическое поддержание регу-
лируемой величины на заданном уровне. Регулятор Р в зависимости от величи-
ны и знака управляющего воздействия Х автоматически определяет значение
регулирующего воздействия U. При уу <Хо это воздействие способствует уве-
личению регулируемой величины, а при уу >Хо - ее уменьшению.
3. План работы.
3.1. Разработать схему, в которой аналоговый сигнал датчика температу-
ры преобразуется в сигнал, который при допустимых значениях температуры
имеет значение 0, а при превышении температуры значение “1” (рис. 3.).
3.2. Дополнить схему таким образом, чтобы нагрев автоматически отклю-
чался или уменьшался при достижении верхней предельной температуры. Об-
ратную связь осуществить с помощью транзистора VT1, либо с помощью реле
К2 (рис. 4.).
3.3. Представить схему потока сигналов в обоих случаях.
Для ускорения протекающих процессов в схеме рекомендуется нагрева-
тельный элемент ЕК включать минуя резистор R1.
Рис..3.
Рис. 4.
Лабораторная работа № 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАМКНУТЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
1. Изучить принцип работы замкнутой системы;
2. Экспериментально исследовать работу разомкнутой системы управления
ДПТ под нагрузкой;
3. Экспериментально исследовать работу одноконтурной системы стабили-
зации скорости ДПТ с различными типами регуляторов под нагрузкой;
4. Отметить преимущества замкнутой системы над разомкнутой системой.
1. Изучить краткие теоретические сведения об импульсном датчике поло-
жения;
2. Исследовать работу разомкнутой системы управления ДПТ под нагруз-
кой;
3. Исследовать работу одноконтурной системы стабилизации скорости ДПТ
с различными типами регуляторов под нагрузкой;
4. Оформить отчет по лабораторной работе
Для исследования работы разомкнутой и замкнутой систем управления
ДПТ универсальный стенд оснащен двухдвигательным электромашинным агре-
гатом, в который входят:
• Объект регулирования – двигатель постоянного тока с независимым
возбуждением (ДПТ НВ).
• Нагрузочный двигатель – асинхронный двигатель с короткозамкнутым
ротором (АД КЗ).
Для измерения скорости вращения электромашинного агрегата использу-
ется импульсный датчик положения, имеющий 90 отверстий.
Для питания обмоток якоря и возбуждения ДПТ НВ в состав стенда входит
трехфазный широтно-импульсный преобразователь (ШИП), два плеча которого
используются для получения реверсивного ШИП для питания якоря ДПТ, ос-
тавшееся плечо используется в качестве нереверсивного ШИП для питания об-
мотки возбуждения ДПТ.
Реверсивный ШИП может работать в симметричном (поочередное диаго-
нальное включение) режиме или несимметричном (диагональное включение
одной пары транзисторов).
Для питания асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в стен-
де используется инвертор, представляющий собой трехфазный мост на IGBT-
транзисторах, собранных в одном силовом модуле.
Для регистрации измеряемых величин в процессе выполнения эксперимен-
тальных исследований в состав стенда входит блок измерения (на базе цифро-
вого измерительного прибора), который позволяет проводить измерение посто-
янного (переменного) тока и напряжения (действующее или средне значение).
Блок измерения позволяет осуществить индикацию измеренных величин и
передачу данных на компьютер через интерфейс RS485.
Релейно-контакторная схема, входящая в состав лабораторного стенда, по-
зволяет осуществлять требуемые коммутации и дистанционное подключение
электромашинного агрегата к источникам питания, реализуя требуемые схемы
включения.
Порядок проведения опытных исследований
1. Исследование разомкнутой системы управления ДПТ под нагрузкой
1.1. Собрать схему подключения широтно-импульсного преобразователя
(ШИП), инвертора (И) и релейно-контакторной схемы (рисунок 1)
Рисунок 1 – Схема исследования разомкнутой системы управления ДПТ
под нагрузкой
1.2. Подключить стенд к трехфазной сети (включить три автоматических вы-
ключателя, расположенных в левой нижней части стенда – надпись
«Сеть»). Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумб-
леры, управляющие включением преобразователей, находятся в положе-
нии «выключено», а также на панели стенда присутствуют только необхо-
димые для проведения данного опыта перемычки.
1.3. Подключить релейно-контакторную схему управления (включить тумблер
SA70).
1.4. Включить ШИП возбуждения (тумблер в нижней части панели стенда, в
окошке «Скважность (возбуждение), %») и резистором R22 установить
номинальный ток возбуждения ДПТ НВ равный 0,18 А по прибору PA4.
1.5. Подключить якорь ДПТ НВ к ШИП якоря (подключение якоря к ШИП
осуществляется с помощью контактора К5, напряжение на катушку кото-
рого подается нажатием кнопки управления SB74),
1.6. Задать симметричный режим работы ШИП якоря, для этого установить
тумблер в положение «Симметр.» (тумблер в нижней части панели стенда,
в окошке «Скважность (якорь), %»).
1.7. Включить ШИП якоря (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке
«Скважность (якорь), %»).
1.8. Разогнать нагрузочный двигатель (ДПТ НВ) до скорости 50рад/с, плавно
увеличивая скважность резистором R21. Угловую скорость контролиро-
вать по прибору BR1, рад/с.
1.9. Подключить исследуемый двигатель АД КЗ к инвертору И, для этого
предварительно тумблером SA71 задать схему включения обмоток статора
АД КЗ «звезда» (тумблер SA71 в положение выключено).
1.10. Выбрать режим работы инвертора Независимое управление и с помощью
резистора R31 задать частоту инвертора равной нулю (прибор «Частота,
Гц»). С помощью резистора R32 задается ток динамического торможения –
т.е. регулируется нагрузка на ДПТ.
1.11. Нажать кнопку SB72 «Стоп», при этом исследуемый двигатель перейдет в
режим динамического торможения.
1.12. Изменяя величину тока динамического торможения от 0 до величины не
более номинального тока АД КЗ сделать серию измерений тока якоря ДПТ
и соответсвующих им значений угловой скорости.
Примечание:
1) Ток динамического торможения определяется как напряжение динами-
ческого торможения, выставленное с помощью резистора R32 деленное на со-
противление обмотки статора.
2) Чтобы асинхронный двигатель не перевозбуждался ток в режиме дина-
мического торможения не должен превышать 3-кратного значения тока намаг-
ничивания.
2.1. Собрать схему подключения широтно-импульсного преобразователя
(ШИП), инвертора (И), релейно-контакторной схемы и регулятора скоро-
сти (рисунок 2).
2.2. Подключить стенд к трехфазной сети (включить три автоматических вы-
ключателя, расположенных в левой нижней части стенда – надпись
«Сеть»). Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумб-
леры, управляющие включением преобразователей, находятся в положе-
нии «выключено», а также на панели стенда присутствуют только необхо-
димые для проведения данного опыта перемычки.
2.3. Подключить релейно-контакторную схему управления (включить тумблер
SA70).
2.4. Включить ШИП возбуждения (тумблер в нижней части панели стенда, в
окошке «Скважность (возбуждение), %») и резистором R22 установить
номинальный ток возбуждения ДПТ НВ равный 0,18 А по прибору PA4.
Установить Uзад на R50 равным нулю (измерить вольтметром).
2.5. Подключить якорь ДПТ НВ к ШИП якоря (подключение якоря к ШИП
осуществляется с помощью контактора К5, напряжение на катушку кото-
рого подается нажатием кнопки управления SB74),
Рисунок 2
2.6. Задать симметричный режим работы ШИП якоря, для этого установить
тумблер в положение «Симметр.» (тумблер в нижней части панели стенда,
в окошке «Скважность (якорь), %»).
2.7. Включить ШИП якоря (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке
«Скважность (якорь), %»).
2.8. Разогнать нагрузочный двигатель (ДПТ НВ) до скорости 50рад/с, плавно
увеличивая Uзад резистором R50. Угловую скорость контролировать по
прибору BR1, рад/с.
2.9. Подключить исследуемый двигатель АД КЗ к инвертору И, для этого
предварительно тумблером SA71 задать схему включения обмоток статора
АД КЗ «звезда» (тумблер SA71 в положение выключено).
2.10. Выбрать режим работы инвертора Независимое управление и с помощью
резистора R31 задать частоту инвертора равной нулю (прибор «Частота,
Гц»). С помощью резистора R32 задается ток динамического торможения –
т.е. регулируется нагрузка на ДПТ.
2.11. Нажать кнопку SB72 «Стоп», при этом исследуемый двигатель перейдет в
режим динамического торможения.
2.12. Изменяя величину тока динамического торможения от 0 до величины не
более номинального тока АД КЗ сделать серию измерений тока якоря ДПТ
и соответсвующих им значений угловой скорости для одноконтурной сис-
темы стабилизации скорости с П-регулятором.
2.13. Уменьшить величину тока динамического торможения до 0 и убрать пере-
мычку П-1 (см.рисунок 2). Тем самым изменился тип регулятора – теперь
это ПИ-регулятор скорости. Изменяя величину тока динамического тор-
можения от 0 до величины не более номинального тока АД КЗ сделать се-
рию измерений тока якоря ДПТ и соответсвующих им значений угловой
скорости для одноконтурной системы стабилизации скорости с ПИ-
регулятором.
Таблица 1
|
< |
1 и Л ? ® s ч |
Механическая характеристика электропривода | ||||||||||||||||
|
S |
1я, A | |||||||||||||||||
|
Мн, Н*м | ||||||||||||||||||
|
□, | ||||||||||||||||||
|
s' |
ад |
1я, A | ||||||||||||||||
|
Мн, Н*м | ||||||||||||||||||
|
□, | ||||||||||||||||||
|
ад |
1я, A | |||||||||||||||||
|
Мн, Н*м | ||||||||||||||||||
|
□, | ||||||||||||||||||
После проведения экспериментальных исследований (см. п. 1…3) по дан-
ным таблицы 1 построить в одних осях графики зависимости □ = ЦМн). Сде-
лать выводы о реакции разомкнутой и замкнутой систем электропривода на на-
грузку (обратить внимание на изменение угловой скорости привода при одина-
ковой величине нагрузки). Оценить влияние типа регулятора скорости на ста-
бильность поддержания угловой скорости электропривода при одинаковой ве-
личине нагрузки.
Краткие теоретические сведения
????????????????????????????????????????
?????????????????????????????????????????????
Контрольные вопросы
1. ?
2. .
3. Пояснить принцип работы замкнутой системы.
4. Пояснить принцип.
5. Какие достоинства и какие недостатки имеет?
1. Преображенский В.И. Полупроводниковые выпрямители. - М.: Энерго-
атомиздат, 1986. - 136 с.: ил.
2. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М.: Энергоатомиздат,
1992. - 296с.: ил.
3. Розанов Ю.К. Основы силовой преобразовательной техники. - М.: Энер-
гия, 1979. - 392 с.
4. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод: Учебник для ву-
зов. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 416 с.: ил.
5. Основы автоматизированного электропривода: Учеб. пособие для вузов/
М.Г. Чиликин, М.М. Соколов, В.М. Терехов, А.В. Шинянский. - М.:
Энергия, 1974. - 568с.: ил.
Лабораторная работа N3
1. Цель работы.
1.1. Изучить методы преобразования аналогового сигнала в
цифровой сигнал.
.2. Основные теоретические сведения.
Дискретизация и кодирование непрерывных сигналов. Под дискретизацией
понимается преобразование непрерывных сигналов в дискретные. При этом ис-
пользуется дискретизация по времени и по уровню. Дискретизация по времени
выполняется путем взятия отсчетов функции U(t) в определенные дискретные
моменты времени tк. В результате непрерывная функция U(t) заменяется сово-
купностью мгновенных значений
Uk = U(Lk).
Обычно моменты отсчетов выбираются на оси времени равномерно, т.е.
tk = KAt.
Дискретизация по времени лежит в основе всех видов импульсной моду-
ляции.
Дискретизация значений функции (уровня) носит название квантования.
Операция квантования сводится к тому, что вместо данного мгновенного зна-
чения сообщений U(t) передаются ближайшие значения по установленной шка-
ле дискретных уровней (рис. 3).
Дискретные значения по шкале уровней выбираются равномерно:
Uk = KAU.
При квантовании вносится погрешность, т.к. истинные значения функции
U заменяются округленными значениями Uк.
Погрешность £ = U - Uk является случайной величиной и проявляется на
выходе как дополнительный шум, наложенный на передаваемый сигнал. Дис-
кретизация одновременно по уровню и по времени позволяет непрерывное со-
общение преобразовать в дискретное, которое затем может быть закодировано
и передано методами дискретной техники.
Рис. 3.
Достоинствами передачи сигналов путем дискретизации их являются
возможность применения кодирования для повышения помехоустойчивости,
удобства обработки сигналов и сопряжения устройств связи с цифровыми
ЭВМ.
3. План работы.
3.1. Определить температуру с помощью аналогового датчика температуры,
соединив выход схемы с входом АЦП .
3.2. Представьте в виде таблицы взаимосвязь показаний
элемента индикации, кодированного двоичным кодом выходного сигнала АЦП
и значения температуры t°C.
Комментарии (0)